Planck-en hipotesia
Espektroskopia
Argi zuri-sorta bat prisma edo kristal landu batean proiektatzen bada, eta atzean pantaila zuri bat ipintzen bada, errefraktatutako izpiek koloretako ortzadar bat osatuko dute. Fenomeno hori argiaren dispertsioa deitzen da, eta emaitzako irudia, berriz, argi-espektroa.
Oro har, espektro baten definizioa honakoa izango litzateke: substantzia batek igortzen edo xurgatzen duen erradiazio elektromagnetikoaren intentsitateko adierazpen grafikoa, uhinaren luzeraren edo maiztasunaren arabera. Atomoek egindako uhin elektromagnetikoen xurgapen eta igorpen fenomenoak aztertzen dituen zientzia espektroskopia deitzen da, eta hainbat arlotan aplikatzen da, besteak beste: astrofisikan, analisi kimikoan, materialen fisikan eta bestelako eremuetan.
Helioko atomoen igorpen-espektroak (a) eta hidrogenoaren molekularena (b).
Espektroskopiaren legeak
Espektroskopian egindako aurkikuntzak abiapuntu hartuta, oinarrizko printzipio batzuk ezarri ziren, espektroskopiaren legeak izenekoak.
- Atomo bakarreko gasak goritasun-egoeran daudenean, argia igortzen dute maiztasun diskretuez osaturiko espektro baten arabera. Espektro hori lineak igortzeko espektroa deitzen da.
- Atomo anitzeko gasek, goritasun-egoeran daudenean, oso gertu dauden maiztasun isolatuetako talde bereiziez osaturiko espektro bat dute (banda-igorpeneko espektroa).
- Gas hotz bat dela-eta, etenik gabeko espektroa duen argia pasarazten denean, gasak, goritasun-egoeran dagoenean igortzen dituen maiztasun berdinak xurgatzen ditu. Igorpen eta xurgapen maiztasunak gas baten atomo edo molekula bakoitzeko ezaugarri bereizgarriak dira, horregatik horien bidez gas bakoitza identifikatu daiteke zalantzarik egin gabe.
Balmer eta Rydbergen formulak
Atomoen espektroak konplexuak izan arren erregularrak dira. 1885ean Suitzako Johann Jakob Barlmer (1825-1898) konturatu zen matematikako eragiketa bakar batek bideratzen zituela hidrogenoko atomoaren espektro-lineen uhinetako luzerak. Eragiketa matematiko horri Balemereko seriea izena jarri zion:
1889an Suitzako Johannes Rydbergek (1845-1919) ikusi zuen aurreko formula, beste adierazpen orokorrago baten zati bat zela:
Rydberg-Ritzen konbinazio-printzipioa
Rydbergen formula, pixkanaka, konplexuagoak ziren beste espektro atomikoetara egokitu zen. Suitzako Walter Ritz (1878-1909) fisikoa ondorengoaz ohartu zen: elementu baten espektroen linea-kopuru handi batean, uhin-zenbakia (uhinaren luzeraren kontrakoa) espektro beraren linea-pare batzuen uhin-zenbakien batuketa edo biderkaduraren berdina zela (Rydberg-Ritzen konbinazio-printzipioa). Hortik sortu zen termino espektralaren kontzeptua. Kontzeptu horrek T ikurra zuen, eta haren arabera, atomo baten espektroaren linea kalkulatzeko, bi termino espektralen arteko kenketa egin behar zen.
Gorputz beltza
Argi-espektroen azterketan, orain arte termodinamikarekin lotutako kontzeptu bat erabat nagusitu zen: gorputz beltza. Gorputz beltza berarengan erotzen den erradiazio guztia xurgatzen duen barrunbe bat da (praktikan objektu beltzek jasotzen duten energiaren zati handi bat xurgatzen dute, baina beti energiaren zati bat islatzen dute).
Gorputz beltzeko eredu batean bakarrik gorputzaren igorpen bera ikus daiteke, eta ez islatzen dituen beste iturrietatik etorritako maiztasunak. Kalkulu termodinamikoak eta elektromagnetikoak abiapuntu hartuta, gorputz beltzak igortzen duen erradiazioa zehaztu daiteke. Hori guztia P (l,T) distribuzio espektrala izeneko funtzio baten bidez adierazten da, l uhinaren luzearen eta T tenperaturaren menpe dagoela.
Planck-en hipotesia
Alemaniako Max Planck fisikoak (1858-1947), 1900. urtean gorputz beltzaren banaketa espektrala zehaztu zuen. Horretarako Plancken banaketaren legea izenarekin ezagutzen den ekuazioa sortu zuen:
Lege honetan bi konstante agertzen dira: termodinamikan asko erabiltzen den Boltzamann-en konstantea, k = 1,38066 · 10-23 J K-1, eta konstante berri bat, h = 6,62618 · 10-34 J s, Plancken konstante izena hartu zuena.
Bere legea koherentea zela ziurtatzeko, Planckek hipotesi berri bat sortu behar izan zuen. Hipotesi horren arabera, maiztasun batekin lotutako energiak bakarrik oinarrizko kuantu batetik hartzen zituen multiploak, eta hori erradiazioaren maiztasunarekin proportzionala zen. Kuantu horren energiaren eta maiztasunaren arteko proportzionaltasunaren konstantea h zen. Orain arte, termodinamikaren lege klasikoak ezagutzeko metodo esperimentaletan oinarritu behar ziren, baina, Plancken hipotesi horri esker, termodinamikaren aurrerapen ugari egin ziren. Hori guztiaren ondorioz, fisikan kontzeptu berri bat sortu zen: mekanika kuantikoa.Eguzki-espektroa
Espektroskopia funtsezko tresna izan zen ikerketa-esparruan. Alemaniako Joseph von Fraunhofer optikariak (1787-1826) 1814. urtean aplikatu zuen Eguzkiaren argia aztertzeko. Ikusi zuen lortutako espektroak linea fin beltz ugari zituela. Ondoren, konturatu zen linea horiek definitzen zutela eguzkiaren argiko xurgapen-espektroa.
Hidrogeno-atomoaren serie espektralak
Rydbergen formulatik abiatuta hidrogenoaren atomoaren serie ezagun guztiak deskriba daitezke. Suediako fisiko horren ondorengoek serie espektral berriak aurkitu zituzten, besteak beste: Lyman (n=1), erregio ultramorearentzat; Paschen (n=3), infragorriarentzat, eta Brackett (n=4), Pfund (n=5) eta Humphreys (n=6), erregio berean
Max Planck
Alemaniako Max Planck (1858-1947) 1900. urtean deskribapen matematiko oso bat egin zuen gorputz beltzaren portaerari buruz. Garapen horiek termodinamikaren esparruan eragin zuten. Aipatutako garapenak, hasiera batean, termodinamikan bakarrik erabiltzen ziren, baina aurrerago, mekanika kuantikoa izenekoaren oinarri bilakatu ziren.
